KR101074749B1

KR101074749B1 - 오일 프리 공기압축기

Info

Publication number: KR101074749B1
Application number: KR1020110084240A
Authority: KR
Inventors: 김정욱
Original assignee: (주)에어플러스
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2011-10-18
Also published as: WO2013028015A3; WO2013028015A2

Abstract

본 발명은 외부로부터 주입된 공기를 통해 생성된 압축공기에 오일이 혼입되지 않는 오일 프리(oil free) 압축공기를 효율적으로 얻을 수 있는 공기압축기에 관한 것으로, 본 발명은 내측에 오일이 배제된 오일 프리 영역부(A1)와 이 오일 프리 영역부(A1)의 좌우측부에 각각 이어진 상태로 내측에 오일이 실장된 두 개의 오일 영역부(A2, A3)로 구획되며, 오일 프리 영역부(A1)의 외측벽에 외부로부터 공기를 받아들이는 흡기부(11)와 생성된 압축공기를 배출하는 배기부(12)가 형성된 하우징(10); 오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)를 연통하여 회전가능하게 배치되며, 외부로부터 회전 동력을 인가받는 일단부가 하우징(10)의 외부로 돌출된 구동축(20); 구동축(20)과 나란히 병립 배치되며, 구동축(20)과 연동하여 하우징(10) 내에서 회전되는 피동축(30); 오일 영역부(A2)에 대응하는 구동축(20)의 일단부에 일체로 결합되어 피동축(30)에 회전력을 전달하는 제 1 타이밍 기어(40); 제 1 타이밍 기어(40)와 대응하는 피동축(30)에 일단부에 착탈이 가능하게 결합된 상태로 제 1 타이밍 기어(40)와 맞물려 회전됨으로써 구동축(20)의 회전력을 피동축에 전달하는 제 2 타이밍 기어(50);를 포함하여 구성된다.

Description

오일 프리 공기압축기 {OIL-FREE AIR COMPRESSOR}

본 발명은 오일 프리 공기압축기에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 스크류 로터 등 부대 구성요소를 구동하기 위한 영역에는 오일을 투입하고, 대기의 공기가 흡기되어 압축되는 영역에는 오일이 혼입되는 방지할 수 있도록 오일 영역부와 오일 프리 영역부를 구획함으로써 오일이 혼입되지 않은 순도 높은 압축공기를 생성할 수 있고, 또한 오일 프리 영역부에 대응하는 하우징 내주벽과 스크류 로터 사이에 수막을 형성함으로써 흡기된 공기에 대한 압축공기 생성 효율을 현저히 높일 수 있으며, 게다가 하우징 내에서 병립하여 협동하는 스크류 로터를 비접촉식으로 배치함으로써 마모에 대한 내구성을 현저히 높인 오일 프리 공기압축기에 관한 것이다.

압축공기를 생성하기 위해서는 대기로부터 공기를 흡입한 후에 그 흡입한 공기를 단열 또는 등온 상태에서 부피를 작게 압착하여 압력을 높인다. 이렇게 제한된 공기량에 대해 이 공기가 차지하는 공간(부피)을 줄임으로써 압력이 높아진 상태의 공기를 압축공기(compressed air)라 한다. 다시 말해 압축공기는 단위부피당 공기량이 증가된 상태라고 말할 수 있다.

이처럼 대기 중의 공기를 흡입하여 이 공기가 차지하는 부피를 줄이기 위해서는 공기압축기가 필요하다. 일반적인 공기압축기의 내부 구성에 대해 간략히 설명하면, 대기 중의 공기를 흡입하는 흡기부와 그 압축된 공기가 배출되는 배기부로 이루어진 하우징이 구비되고, 이 하우징의 내측에 병립하여 회전하는 스크류 로터가 배치된다.

흡기부를 통해 흡입된 공기는 병립하는 스크류 로터 사이를 통과하는 과정에서 일정한 공기량이 차지하는 부피가 작아짐으로써 압축되고, 이렇게 압축된 공기가 배기부를 통해 배출됨으로써 압축공기를 얻는 구조이다.

그런데 하우징 내에서 스크류 로터를 원활하게 구동시키기 위해서는 윤활 등을 위해 오일이 투입되는데, 이렇게 투입된 오일의 일부는 공기를 압축하는 과정에서 압축된 공기에도 혼입되는 단점이 있다.

압축공기에 오일 등이 혼입된 것은 등급이 낮은 것으로 반도체나 정밀기계 제조 공정에서 사용하기에 적합하지 않다는 문제가 있다.

이 때문에 공기압축기를 통해 생성된 압축공기를 새로운 공정단계로 옮겨 오일을 필터링하는 작업을 수행해야만 한다. 즉 비효율적인 생산공정이 늘어나게 된다. 게다가 이러한 오일 필터링 공정을 거치는 경우에도 압축공기로부터 완전히 오일을 분리해 낼 수 없다는 문제점도 제기된다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해 즉 압축공기에 오일이 혼입되는 것을 방지하기 위해 최근 오일대신 물로 구동되는 공기압축기가 적용되었지만, 이는 공기압축기를 구동하기 위한 스크류 로터, 베어링 등 여러 구성요소에 오일대신 물을 투입하게 되는데, 이는 윤활 등 공기압축기의 각 구성요소에 대한 내구성을 현저히 떨어뜨린다는 또다른 문제점을 유발시키게 된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 하우징을 오일 영역부와 오일 프리 영역부로 구획하고 하우징 내에서 병립하여 협동하는 스크류 로터를 비접촉식으로 배치하여 오일이 혼입되지 않은 순도 높은 압축공기를 생성함과 동시에 내구성을 현저히 향상시킬 수 있는 오일 프리 공기압축기를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외부로부터 주입된 공기를 통해 오일 프리 압축공기를 생성하는 오일 프리 공기압축기에 관한 것으로, 내측에 오일이 배제된 오일 프리 영역부와 이 오일 프리 영역부의 좌우측부에 각각 이어진 상태로 내측에 오일이 실장된 두 개의 오일 영역부로 구획되며, 오일 프리 영역부의 외측벽에 외부로부터 공기를 받아들이는 흡기부와 생성된 압축공기를 배출하는 배기부가 형성된 하우징; 오일 프리 영역부와 오일 영역부를 연통하여 회전가능하게 배치되며, 외부로부터 회전 동력을 인가받는 일단부가 하우징의 외부로 돌출된 구동축; 구동축과 나란히 병립 배치되며, 구동축과 연동하여 하우징 내에서 회전되는 피동축; 오일 영역부에 대응하는 구동축의 일단부에 일체로 결합되어 피동축에 회전력을 전달하는 제 1 타이밍 기어; 제 1 타이밍 기어와 대응하는 피동축의 일단부에 착탈이 가능하게 결합된 상태로 제 1 타이밍 기어와 맞물려 회전됨으로써 구동축의 회전력을 피동축에 전달하는 제 2 타이밍 기어;를 포함하여 구성된다.

본 발명은 바람직하게 오일 프리 영역부에 대응하는 구동축 외주면에 메일 스크류 로터가 구동축과 일체로 형성되고, 오일 프리 영역부에 대응하는 피동축 외주면에는 메일 스크류 로터와 비접촉식으로 협동하는 피메일 스크류 로터가 형성되며, 흡기부를 통해 인입된 공기가 메일 스크류 로터와 피메일 스크류 로터의 협동으로 압축되어 배기부를 통해 배출된다.

본 발명에서 메일 스크류 로터의 스크류 나사산과 피메일 스크류 로터의 스크류 나사산은 상호 교차하여 배치된 상태에서 비접촉식으로 협동하도록 구성됨이 바람직하다.

본 발명에서 구동축에 일체로 결합된 제 1 타이밍 기어와 피동축에 착탈이 가능하게 결합된 제 2 타이밍 기어를 상호 맞물려 회전시키는 경우, 메일 스크류 로터와 피메일 스크류 로터가 상호 비접촉으로 협동하는 사이클에서 제 2 타이밍 기어를 피동축에 일체로 결합시키는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 제 1 타이밍 기어와 제 2 타이밍 기어와의 백래쉬는 메일 스크류 로터와 피메일 스크류 로터와의 백래쉬보다 작게 형성됨이 바람직하다.

본 발명에서 오일 프리 영역부에 대응하는 하우징의 외측벽에는 외부로부터 하우징의 내측으로 물을 공급하는 주입부가 형성되며, 이 주입부로 주입된 물에 의해 메일 스크류 로터의 스크류 나사산과 하우징의 내주벽 사이, 피메일 스크류 로터의 스크류 나사산과 하우징의 내주벽 사이에 수막이 형성된다.

본 발명의 오일 프리 영역부와 오일 영역부의 경계선상에 가장 인접하는 오일 프리 영역부에 위치한 상태로 구동축과 피동축에 각각 미케니컬 시일이 끼움 결합되며, 이 미케니컬 시일은 오일 프리 영역부와 오일 영역부가 상호 기밀 유지 및 수밀 유지가 되도록 차단한다.

본 발명에서 오일 프리 영역부와 오일 영역부의 경계선상에 가장 인접하는 오일 영역부에는 바람직하게 구동축과 피동축에 각각 미케니컬 시일이 끼움 결합되어 오일 영역의 오일이 오일 프리 영역부로 역류됨을 차단한다.

본 발명의 오일 영역부에 위치한 래비린스 시일은 바람직하게 구동축, 피동축과 일체로 회전되면서 오일 프리 영역부의 반대 방향으로 유체 역압을 형성하고 베어링 롤러에 윤활을 위한 오일을 급유한다.

본 발명에 따른 오일 프리 공기압축기는 하우징을 오일 영역부와 오일 프리 영역부로 구획함으로써 오일이 혼입되지 않은 순도 높은 압축공기를 생성할 수 있게 되는 장점이 있다.

또한 본 발명은 하우징 내에서 병립하여 협동하는 스크류 로터를 비접촉식으로 배치하여 마모에 대한 내구성을 현저히 높일 수 있게 된다.

그리고 본 발명은 오일 프리 영역부에 대응하는 하우징 내주벽과 메일/피메일 스크류 로터 사이에 수막을 형성함으로써 흡기된 공기에 대한 압축공기의 생성 효율을 현저히 향상시킬 수 있게 된다.

[도 1]은 본 발명인 오일 프리 공기압축기의 외관사시도,
[도 2]는 본 발명인 오일 프리 공기압축기의 다른 외관사시도,
[도 3]은 본 발명인 오일 프리 공기압축기의 또다른 외관사시도,
[도 4]는 본 발명인 오일 프리 공기압축기의 평단면도,
[도 5]는 본 발명의 타이밍 기어와 스크류 로터를 발췌하여 도시한 평면도,
[도 6]은 본 발명의 타이밍 기어와 스크류 로터를 발췌하여 도시한 사시도,
[도 7] 내지 [도 9]는 본 발명인 오일 프리 공기압축기에서 공기가 압축되는 과정을 순차적으로 도시한 상태도,
[도 10]은 본 발명의 메일/피메일 스크류 로터를 도시한 단면도,
[도 11]은 본 발명의 메일/피메일 스크류 로터를 도시한 다른 단면도,
[도 12]는 본 발명의 메일/피메일 스크류 로터를 도시한 또다른 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

[도 1]은 본 발명인 오일 프리 공기압축기의 외관사시도이고, [도 2]는 본 발명인 오일 프리 공기압축기의 다른 외관사시도이고, [도 3]은 본 발명인 오일 프리 공기압축기의 또다른 외관사시도이고, [도 4]는 본 발명인 오일 프리 공기압축기의 평단면도를 나타낸다.

[도 1] 내지 [도 4]를 참조하면, 본 발명은 외부로부터 주입된 공기를 통해 오일 프리(oil free) 압축공기를 생성하는 오일 프리 공기압축기(1)에 관한 것으로, 하우징(10), 구동축(20), 피동축(30), 제 1 타이밍 기어(40), 제 2 타이밍 기어(50)를 포함하여 구성된다.

하우징(10)은 그 내측에 오일이 배제된 오일 프리 영역부(A1)와 이 오일 프리 영역부(A1)의 좌우측부에 각각 이어진 상태로 내측에 오일이 실장된 두 개의 오일 영역부(A2, A3)로 구획된다. 또한 오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)는 상호 수밀 유지 및 기밀 유지가 가능하도록 구획된다.

하우징(10)은 내측이 빈 관 형태로 구성되며, 양측부에는 보조 하우징이 연결되고 그 양단부를 캡으로 마감한다. 또한 바람직하게 하우징(10)의 내주벽이 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)의 PCD(pitch circle diameter)와 인접(대략 50~60μm)하도록 하우징(10)의 내부 단면 구조는 두 개의 원이 일부 겹쳐진 형태를 이룬다.

오일 프리 영역부(A1)에 대응하는 하우징(10)의 외측벽에는 외부로부터 공기를 받아들이는 흡기부(11)와 그 생성된 압축공기를 배출하는 배기부(12)가 형성되어 있다.

오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)는 상호 수밀/기밀이 유지된 상태로 구획이 되어 있기 때문에 흡기부(11)로부터 배기부(12)를 통해 압축공기가 생성되는 과정에서 압축공기에 오일이 혼입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.

구동축(20)은 오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)를 연통하여 회전가능하게 배치되며, 외부로부터 회전 동력을 인가받는 일단부가 하우징(10)의 외부로 돌출된다.

피동축(30)은 구동축(20)과 나란히 병립 배치되며, 구동축(20)과 연동하여 하우징(10) 내에서 회전된다. 피동축(30)은 구동축(20)에 의해 회전동력을 전달받는데, 구동축(20)과 피동축(30)이 나란히 병립된 상태에서 구동축(20)에 끼워진 제 1 타이밍 기어(40)와 피동축(30)에 끼워진 제 2 타이밍 기어(50)가 상호 맞물려 회전된다.

제 1 타이밍 기어(40)와 제 2 타이밍 기어(50)는 상호 맞물리는 구조로서 윤활을 위한 오일이 필요하므로 오일 영역부(A2, A3)에 배치하게 된다.

[도 4]에서 나타낸 바와 같이, 제 1 타이밍 기어(40)와 제 2 타이밍 기어(50)는 외부로부터 동력을 전달받는 구동축(20)의 일단부가 위치한 곳으로부터 원거리인 오일 프리 영역부(A1)의 좌측에 대응하는 오일 영역부(A2)에 배치되는 것이 바람직하다.

[도 5]는 본 발명의 타이밍 기어와 스크류 로터를 발췌하여 도시한 평면도이고, [도 6]은 본 발명의 타이밍 기어와 스크류 로터를 발췌하여 도시한 사시도를 나타낸다.

[도 5], [도 6]을 참조하면, 제 1 타이밍 기어(40)는 오일 영역부(A2)에 대응하는 구동축(20)의 일단부에 일체로 결합되어 피동축(30)에 회전력을 전달하도록 구성된다. 이 제 1 타이밍 기어(40)가 구동축(20)에 끼워진 상태에서 구동축(20)을 열팽창을 시키게 되며, 구동축(20)의 단면 외경이 고열에 의해 팽창되면, 제 1 타이밍 기어(40)는 구동축(20)으로부터 다시 이탈시킬 수 없는 정도로 영구히 일체화된다.

이렇게 구동축(20)에 일체화된 제 1 타이밍 기어(40)는 구동축(20)의 회전력을 정교하게 제 2 타이밍 기어(50)에 전달할 수 있게 된다.

제 2 타이밍 기어(50)는 제 1 타이밍 기어(40)와 대응하는 피동축(30)의 일단부에 착탈이 가능하게 결합된 상태로 제 1 타이밍 기어(40)와 맞물려 회전됨으로써 구동축(20)의 회전력을 피동축(30)에 전달한다.

구동축(20)에 일체로 결합된 제 1 타이밍 기어(40)와 피동축(30)에 착탈이 가능하게 결합된 제 2 타이밍 기어(50)를 상호 맞물려 회전시키는 경우, 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)가 상호 비접촉으로 협동하는 사이클에서 제 2 타이밍 기어(50)를 피동축(30)에 일체로 결합시킨다.

상세하게 제 2 타이밍 기어(50)는 피동축(30)의 외주면에 대해 무부하 회전이 가능하게 체결된다. 이로 인해 제 2 타이밍 기어(50)를 제 1 타이밍 기어(40)에 맞물린 상태에서 후술하는 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)가 비접촉 상태로 협동하는 사이클을 찾고, 그 상태에서 제 2 타이밍 기어(50)를 피동축(30)의 외주면에 고정할 수 있게 된다.

위와 같은 사이클에서 제 2 타이밍 기어(50)가 피동축(30)에 일체로 고정된 상태로 제 1 타이밍 기어(40)와 제 2 타이밍 기어(50)가 상호 맞물려 회전하게 되면, 이와 연동하여 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)가 비접촉식으로 협동하여 회전한다.

또한 제 1 타이밍 기어(40)와 제 2 타이밍 기어(50)와의 백래쉬(backlash)는 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)와의 백래쉬보다 작게 형성됨이 바람직하다. 이로 인해, 제 1 타이밍 기어(40)와 제 2 타이밍 기어(50)의 맞물림 회전에 의해 연동하는 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)의 비접촉 회전 사이클을 찾는 과정이 수월해 진다.

[도 7] 내지 [도 9]는 본 발명인 오일 프리 공기압축기에서 공기가 압축되는 과정을 순차적으로 도시한 상태도를 나타낸다.

먼저, [도 7]은 흡기부를 통해 대기의 공기가 흡입되고 이어서 주입부를 통해 물이 주입된 상태로서, 오일 프리 영역부(A1)에서 압축과정의 공기(C)가 대기와 차단된 상태를 나타낸다. 이때 압축과정의 공기(C)는 메일/피메일 스크류 로터(21, 31)의 협동하는 회전으로 확보공간이 점차적으로 작아지면서 압축되어 배기부를 향해 이동하게 된다.

[도 8]은 압축과정의 공기(C)가 메일/피메일 스크류 로터(21, 31)의 협동하는 회전에 의해 확보공간이 [도 7]의 상태보다 점차적으로 더 작아지면서 더 압축되어 배기부를 향해 이동하는 과정을 나타낸다. 또한, [도 9]는 압축과정의 공기(C)가 메일/피메일 스크류 로터(21, 31)의 협동하는 회전에 의해 확보공간이 [도 8]의 상태보다 점차적으로 더 작아지면서 더 압축되어 배기부를 향해 이동하는 과정을 나타낸다.

[도 7] 내지 [도 9]의 도면부호 d1은 대기로부터 공기를 흡입하는 흡기부의 위치를 나타내고, 도면부호 d2는 외부로부터 물을 공급받아 하우징의 내측으로 물을 주입하는 주입부의 위치를 나타낸다.

즉, 주입부의 위치(d2)를 통한 물이 주입된 이후부터 하우징 내측에 흡입된 공기가 효과적으로 대기와 차단되어 압축됨을 알 수 있다.

그리고, [도 7] 내지 [도 9]에 도시된 압축과정의 공기(C)는 개략적인 형태를 도시한 것에 불과한 것으로서, 메일/피메일 스크류 로터(21, 31)의 스크류 나사산 방향을 따라 실제로 대기와 차단되는 압축과정의 공기(C) 영역이 다르게 표현될 수 있다.

[도 7] 내지 [도 9]를 참조하면, 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)는 서로 협동하여 회전됨으로써 대기로부터 흡입된 공기를 압축하게 된다. 그러므로 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)는 오일이 배제된 오일 프리 영역부(A1)에 위치시킴이 바람직하다.

즉, 오일 프리 영역부(A1)에 대응하는 구동축(20) 외주면에는 메일 스크류 로터(21)가 구동축(20)과 일체로 형성되고, 오일 프리 영역부(A1)에 대응하는 피동축(30) 외주면에는 메일 스크류 로터(60)와 비접촉식으로 협동하는 피메일 스크류 로터(31)가 형성된다.

물론, 오일 프리 영역부(A1)에 위치한 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)의 회전력은 오일 영역부(A2, A3)에 위치한 제 1 타이밍 기어(40)와 제 2 타이밍 기어(50)의 맞물림 회전으로 발생된다. 그리고, 오일 영역부(A2, A3) 및 오일 프리 영역부(A1)를 연통하는 구동축(20)과 피동축(30)에 의해 그 회전력이 전달된다.

구동축(20)과 피동축(30)은 오일 영역부(A2, A3)와 오일 프리 영역부(A1)를 연통하여 회전되도록 배치되지만, 오일 영역부(A2, A3)와 오일 프리 영역부(A1)의 경계선상에서는 수밀/기밀이 유지되도록 구성된다.

한편, 오일 프리 영역부(A1)에 대응하는 하우징(10)의 외주면에 형성된 흡기부(11)와 배기부(12)를 통해 대기의 공기로부터 압축공기를 생성하게 되는데, 흡기부(11)를 통해 하우징(10)의 내부로 인입된 공기는 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)의 협동으로 압축되며, 이렇게 생성된 압축공기가 배기부(12)를 통해 배출된다.

바람직하게 메일 스크류 로터(21)의 스크류 나사산(21a)과 피메일 스크류 로터(31)의 스크류 나사산(31a)은 상호 교차하여 배치된 상태에서 비접촉식으로 협동하도록 구성된다.

더 바람직하게 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)는 서로 마주하는 방향으로 회전하도록 배치된다. 이로 인해 하우징(10) 내부로 흡입된 공기는 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)의 회전에 의해 메일 스크류 로터(21)의 스크류 나사산(21a)과 피메일 스크류 로터(31)의 스크류 나사산(31a)의 나선을 따라 중앙부로 쏠리면서 공기가 차지하는 기존 공간이 적어지게 되면서 압축이 이루어진다.

동시에 [도 7] 내지 [도 9]에서 나타낸 바와 같이, 메일 스크류 로터(21)와 피메일 스크류 로터(31)의 회전에 의해 메일 스크류 로터(21)의 스크류 나사산(21a)과 피메일 스크류 로터(31)의 스크류 나사산(31a)의 나선을 따라 배기부(12)로 이동하는 과정에서도 공기가 차지하는 기존 공간이 적어지게 되면서 압축이 이루어진다.

[도 10]은 본 발명을 구성하는 메일/피메일 스크류 로터를 도시한 단면도이고, [도 11]은 본 발명을 구성하는 메일/피메일 스크류 로터를 도시한 다른 단면도이고, [도 12]는 본 발명을 구성하는 메일/피메일 스크류 로터를 도시한 또다른 단면도를 나타낸다.

먼저, [도 10]의 단면도를 참조하면, 메일 스크류 로터(21)의 스크류 나사산(21a)과 피메일 스크류 로터(31)의 스크류 나사산(31a)이 상호 교차된 상태에서 비접촉식으로 협동하여 회전한다. 이때, 메일 스크류 로터(21)가 회전하면서 그리는 회전반경인 메일 스크류 로터의 PCD(L1)와 피메일 스크류 로터(31)가 회전하면서 그리는 회전반경인 피메일 스크류 로터의 PCD(L2)는 상호 일부 겹쳐진 형태를 이루게 된다.

상세하게 메일 스크류 로터의 PCD(L1)가 그리는 회전반경은 그 스크류 나사산(21a)의 단부가 그리는 회전반경을 나타내고, 피메일 스크류 로터의 PCD(L2)는 그 스크류 나사산(31a)이 그리는 회전반경을 나타낸다.

그리고 [도 11]을 참조하면, 오일 프리 영역부에 대응하는 하우징은 그 내주벽(L3,L4)이 메일/피메일 스크류 로터의 PCD(L1,L2)와 인접하도록 하우징의 내부 단면 구조는 두 개의 원이 일부 겹쳐진 형태를 이룬다. 오일 프리 영역부에 대응하는 하우징의 내주벽(L3,L4)과 메일/피메일 스크류 로터의 PCD(L1,L2)가 이루는 인접거리는 대략 50~60μm 로 형성됨이 바람직하다.

하우징의 내주벽(L3,L4)과 메일/피메일 스크류 로터의 PCD(L1,L2)가 이루는 인접거리가 대략 50~60μm 로 형성된 상태에서 하우징의 내측으로 주입부를 통해 물을 주입하면, 하우징의 내주벽(L3,L4)과 메일/피메일 스크류 로터의 PCD(L1,L2) 사이에 수막부(M)가 형성된다.

즉 [도 7], [도 8], [도 9], [도 12]를 참조하면, 오일 프리 영역부(A1)에 대응하는 하우징(10)의 외측벽에는 외부로부터 하우징(10)의 내측으로 물을 공급하는 주입부(13)가 형성되어 있다. 이 주입부(13)를 통해 내측으로 주입된 물에 의해 메일 스크류 로터(21)의 스크류 나사산(21a)과 하우징(10)의 내주벽 사이, 그리고 피메일 스크류 로터(31)의 스크류 나사산(31a)과 하우징(10)의 내주벽 사이에 수막이 형성된다.

이로 인해, 오일 프리 영역부(A1)의 하우징으로 흡입된 공기와 대기가 차단되어 메일/피메일 스크류 로터(21, 31)를 통한 공기의 압축이 효율적으로 이루어지게 된다.

[도 4]를 참조하면, 구동축(20)과 피동축(30)에는 각각 미케니컬 시일(60)이 끼움 결합되는데, 미케니컬 시일(60)은 오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)의 경계선상에 가장 인접하는 오일 프리 영역부(A1)에 위치한 상태로 구동축(20)과 피동축(30)에 각각 미케니컬 시일(60)이 끼움 결합된다.

이와 같은 미케니컬 시일(60)은 오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)가 상호 기밀 유지 및 수밀 유지가 되도록 차단하게 된다.

[도 4]를 참조하면, 구동축(20)과 피동축(30)에는 각각 래비린스 시일(70)이 끼움 결합되는데, 래비린스 시일(70)은 오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)의 경계선상에 가장 인접하는 오일 영역부(A2, A3)에 위치한 구동축(20)과 피동축(30)에 결합된다. 이와 같은 래비린스 시일(70)은 오일 영역(A2, A3)의 오일이 오일 프리 영역부(A1)로 역류되는 것을 차단한다.

상세하게 오일 영역부(A2, A3)에 위치한 래비린스 시일(70)은 구동축(20), 피동축(30)과 일체로 회전되면서 오일 프리 영역부(A1)의 반대 방향으로 유체 역압(counter compression)을 발생시킨다.

오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)의 경계선상에 가장 인접하는 오일 영역부(A2, A3)에 위치한 래비린스 시일(70)이 오일 프리 영역부(A1)의 반대 방향으로 유체 역압을 발생시킨다. 이를 통해, 오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)의 경계선상에서 오일 영역부(A2, A3)의 오일로부터 받는 압력을 최소화하는 것이 가능해지고, 그로 인해 오일 프리 영역부(A1)와 오일 영역부(A2, A3)의 경계선상에서 미케니컬 시일(60)과 더불어 효과적으로 수밀/기밀 유지를 할 수 있게 된다.

또한 래비린스 시일(70)은 후술하는 베어링 롤러(90)에 연접된 상태로 베어링 롤러(90)에 윤활을 위한 오일을 급유하게 된다.

그리고 오일 영역부(A2, A3)에 대응하는 구동축(20)과 피동축(30)에는 베어링 롤러(90)가 끼움 결합되어 구동축(20)과 피동축(30)이 하우징(10)의 내주벽에 밀착 고정된 상태로 회전할 수 있도록 한다.

또한 제 1, 제 2 타이밍 기어(40,50)가 위치하는 오일 영역부(A2)의 구동축(20)과 피동축(30)에 끼움 결합되는 볼 베어링(80)이 더 구비될 수 있다. 볼 베어링(80)은 베어링 롤러(90)와 더불어 구동축(20)과 피동축(30)이 하우징(10)의 내주벽에 밀착 고정된 상태로 회전할 수 있도록 지지한다.

1 : 본 발명인 오일 프리 공기압축기
10 : 하우징 11 : 흡기부
12 : 배기부 13 : 주입부
20 : 구동축 21 : 메일 스크류 로터
21a : 스크류 스크류 나사산 30 : 피동축
31 : 피메일 스크류 로터 31a : 스크류 스크류 나사산
40 : 제 1 타이밍 기어 50 : 제 2 타이밍 기어
60 : 미케니컬 시일 70 : 래비린스 시일
80 : 볼 베어링 90 : 베어링 롤러
A1 : 오일 프리 영역부 A2, A3 : 오일 영역부
L1 : 메일 스크류 로터의 PCD
L2 : 피메일 스크류 로터의 PCD
L3 : 메일 스크류 로터와 인접하는 하우징의 내주벽
L4 : 피메일 스크류 로터와 인접하는 하우징의 내주벽
M : L1과 L3 사이, L2와 L4 사이에 형성되는 수막부
C : 압축과정의 공기

Claims

외부로부터 주입된 공기를 통해 오일 프리 압축공기를 생성하는 오일 프리 공기압축기에 관한 것으로,
내측에 오일이 배제된 오일 프리 영역부(A1)와 상기 오일 프리 영역부(A1)의 좌우측부에 각각 이어진 상태로 내측에 오일이 실장된 두 개의 오일 영역부(A2, A3)로 구획되며, 상기 오일 프리 영역부(A1)의 외측벽에 외부로부터 공기를 받아들이는 흡기부(11)와 그 생성된 압축공기를 배출하는 배기부(12)가 형성된 하우징(10);
상기 오일 프리 영역부(A1)와 상기 오일 영역부(A2, A3)를 연통하여 회전가능하게 배치되며, 외부로부터 회전 동력을 인가받는 일단부가 상기 하우징(10)의 외부로 돌출된 구동축(20);
상기 구동축(20)과 나란히 병립 배치되며, 상기 구동축(20)과 연동하여 상기 하우징(10) 내에서 회전되는 피동축(30);
상기 오일 영역부(A2)에 대응하는 상기 구동축(20)의 일단부에 일체로 결합되어 상기 피동축(30)에 회전력을 전달하는 제 1 타이밍 기어(40);
상기 제 1 타이밍 기어(40)와 대응하는 상기 피동축(30)의 일단부에 착탈이 가능하게 결합된 상태로 상기 제 1 타이밍 기어(40)와 맞물려 회전됨으로써 상기 구동축(20)의 회전력을 상기 피동축에 전달하는 제 2 타이밍 기어(50);
를 포함하는 오일 프리 공기압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 오일 프리 영역부(A1)에 대응하는 상기 구동축(20) 외주면에는 메일 스크류 로터(21)가 상기 구동축(20)과 일체로 형성되고, 상기 오일 프리 영역부(A1)에 대응하는 상기 피동축(30) 외주면에는 상기 메일 스크류 로터(60)와 비접촉식으로 협동하는 피메일 스크류 로터(31)가 형성되며, 상기 흡기부(11)를 통해 인입된 공기가 상기 메일 스크류 로터(21)와 상기 피메일 스크류 로터(31)의 협동으로 압축되어 상기 배기부(12)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 오일 프리 공기압축기.
청구항 2에 있어서,
상기 메일 스크류 로터(21)의 스크류 나사산과 상기 피메일 스크류 로터(31)의 스크류 나사산은 상호 교차하여 배치된 상태에서 비접촉식으로 협동하는 것을 특징으로 하는 오일 프리 공기압축기.
청구항 3에 있어서,
상기 구동축(20)에 일체로 결합된 상기 제 1 타이밍 기어(40)와 상기 피동축(30)에 착탈이 가능하게 결합된 제 2 타이밍 기어(50)를 상호 맞물려 회전시키는 경우, 상기 메일 스크류 로터(21)와 상기 피메일 스크류 로터(31)가 상호 비접촉으로 협동하는 사이클에서 상기 제 2 타이밍 기어(50)를 상기 피동축(30)에 일체로 결합시킨 것을 특징으로 하는 오일 프리 공기압축기.
청구항 4에 있어서,
상기 제 1 타이밍 기어(40)와 상기 제 2 타이밍 기어(50)와의 백래쉬는 상기 메일 스크류 로터(21)와 상기 피메일 스크류 로터(31)와의 백래쉬보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 오일 프리 공기압축기.
청구항 5에 있어서,
상기 오일 프리 영역부(A1)에 대응하는 상기 하우징(10)의 외측벽에는 외부로부터 상기 하우징(10)의 내측으로 물을 공급하는 주입부(13)가 형성되며, 이 주입부(13)로 주입된 물에 의해 상기 메일 스크류 로터(21)의 스크류 나사산과 상기 하우징(10)의 내주벽 사이, 상기 피메일 스크류 로터(31)의 스크류 나사산과 상기 하우징(10)의 내주벽 사이에 수막이 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 프리 공기압축기.
청구항 6에 있어서,
상기 오일 프리 영역부(A1)와 상기 오일 영역부(A2, A3)의 경계선상에 가장 인접하는 상기 오일 프리 영역부(A1)에 위치한 상태로 상기 구동축(20)과 상기 피동축(30)에 각각 미케니컬 시일(60)이 끼움 결합되어 상기 오일 프리 영역부(A1)와 상기 오일 영역부(A2, A3)가 상호 기밀 유지 및 수밀 유지가 되도록 차단하는 것을 특징으로 하는 오일 프리 공기압축기.
청구항 7에 있어서,
상기 오일 프리 영역부(A1)와 상기 오일 영역부(A2, A3)의 경계선상에 가장 인접하는 상기 오일 영역부(A2, A3)에 위치한 상태로 상기 구동축(20)과 상기 피동축(30)에 각각 래비린스 시일(70)이 끼움 결합되어 상기 오일 영역부(A2, A3)의 오일이 상기 오일 프리 영역부(A1)로 역류됨을 차단하는 것을 특징으로 하는 오일 프리 공기압축기.
청구항 8에 있어서,
상기 오일 영역부(A2, A3)에 위치한 상기 래비린스 시일(70)은 상기 구동축(20), 상기 피동축(30)과 일체로 회전되면서 상기 오일 프리 영역부(A1)의 반대 방향으로 유체 역압을 형성하는 것을 특징으로 하는 오일 프리 공기압축기.